探析成品油管道陰極保護(hù)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

王虎成 范博 孔全良 孫劍青

摘要：成品油管道的安全運(yùn)行不僅關(guān)系到企業(yè)的自身發(fā)展，同時(shí)也關(guān)系到國(guó)家能源供應(yīng)的安全。成品油管道的陰極保護(hù)是保障管道完整性和安全運(yùn)行的重要手段。本文主要對(duì)現(xiàn)階段成品油管道常用的陰極保護(hù)方法進(jìn)行了分析，展望了成品油管道陰極保護(hù)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，供同行業(yè)工作者參考。

關(guān)鍵詞：成品油;管道;陰極保護(hù);發(fā)展趨勢(shì)

陰極保護(hù)技術(shù)屬于一種電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，主要是在被腐蝕的金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個(gè)外加電流，使金屬結(jié)構(gòu)物整體處于電子過(guò)剩的狀態(tài)，從而起到對(duì)金屬結(jié)構(gòu)物的保護(hù)作用。對(duì)成品油管道采用陰極保護(hù)能夠有效減緩金屬腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。成品油管道外腐蝕控制系統(tǒng)主要由防腐層和陰極保護(hù)系統(tǒng)組成，其中，防腐層是控制管道腐蝕的第一道防線，然而管道在建設(shè)施工及運(yùn)行過(guò)程中，防腐層不可避免地會(huì)因機(jī)械碰撞或土壤應(yīng)力出現(xiàn)漏點(diǎn)，導(dǎo)致管體與腐蝕性環(huán)境接觸而受到腐蝕威脅。陰極保護(hù)系統(tǒng)則為這些漏點(diǎn)處管體提供附加保護(hù)，防止管道發(fā)生腐蝕，是管道腐蝕控制的第二道防線。陰極保護(hù)技術(shù)通過(guò)向管道表面提供陰極電流，使電位發(fā)生負(fù)向極化，從而控制管道表面腐蝕。

1陰極保護(hù)技術(shù)常用方法

1.1 犧牲陽(yáng)極法

該方法的作用機(jī)理是將電位較低的金屬或者合金共同放置于同一個(gè)溶液中，由于其比需要保護(hù)的金屬或者合金的電位更低，所以在溶液中，比需要保護(hù)的金屬更快的發(fā)生溶解，釋放出電流，從而保護(hù)了需要被保護(hù)的金屬，防止被腐蝕。優(yōu)點(diǎn)：不需要外部電源;對(duì)附近金屬構(gòu)筑物干擾較小;管理維護(hù)工作量小;工程費(fèi)用與保護(hù)長(zhǎng)度成正比;保護(hù)電流分布均勻，利用率高。缺點(diǎn)：高電阻率環(huán)境下不宜使用;保護(hù)電流不可調(diào);對(duì)管道防腐覆蓋層質(zhì)量要求較高;消耗有色金屬，需要定期進(jìn)行更換;雜散電流干擾大時(shí)不能使用;在特殊環(huán)境下，可能會(huì)出現(xiàn)極性逆轉(zhuǎn)情況。

1.2.強(qiáng)制電流法

強(qiáng)制電流法主要是從外部加入電流，這樣就可以使需要被保護(hù)的金屬陰極化，達(dá)到和陽(yáng)極保護(hù)法相同的保護(hù)措施。強(qiáng)制電流法需要的基礎(chǔ)構(gòu)件主要包括穩(wěn)定的直流電源、連接電源的輔助陽(yáng)極和連接所需要的電纜線，輔助陽(yáng)極的作用就是要把外接的電流通入到系統(tǒng)中，使陽(yáng)極工作時(shí)處在電解狀態(tài)下。一般情況下，按照陽(yáng)極的溶解性能劃分，輔助陽(yáng)極可以分為不溶性陽(yáng)極、可溶性陽(yáng)極和微溶性陽(yáng)極三類。強(qiáng)制電流法一般不受土壤電阻率的影響，主要受是否具有可靠穩(wěn)定電源的影響，一般應(yīng)用于大口徑管道或長(zhǎng)距離油氣管道。優(yōu)點(diǎn)：可連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電流，可提供較大的保護(hù)電流密度;不受環(huán)境電阻率限制;工程越大越經(jīng)濟(jì);對(duì)管道防腐覆蓋層質(zhì)量要求相對(duì)較低;保護(hù)裝置壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：需要可靠的外部電源;對(duì)臨近金屬構(gòu)筑物干擾大;日常維護(hù)管理費(fèi)用高，需設(shè)置陰極保護(hù)站;在需要較小電流時(shí)，無(wú)法使裝置的投資費(fèi)用減至最低;可導(dǎo)致過(guò)保護(hù)，引發(fā)防腐層的破壞甚至是管材的氫脆。

1.3排流保護(hù)法

排流保護(hù)法的機(jī)理是在有其他干擾電流存在的情況下，利用排除方法，對(duì)需要保護(hù)的構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)作用的一樣方法。排流保護(hù)法主要有三種保護(hù)措施：（1）直接排流。該方法需要外接電源，在穩(wěn)定的情況下，該穩(wěn)定電流可以保護(hù)金屬或合金，排除其他干擾電流。但此方法需要謹(jǐn)慎使用，如果使用不當(dāng)，就會(huì)造成

更大的干擾，甚至是危險(xiǎn)。（2）極性排流。由于二極管具有單向通過(guò)性的作用，只可以通過(guò)一方電流，在有正負(fù)干擾電流存在的情況下，就需要插入二極管，這樣就可以保證電流通過(guò)一個(gè)方向，從而保護(hù)金屬體。（3）強(qiáng)制排流。上述二種方法只能在排流時(shí)才能對(duì)保護(hù)體起到保護(hù)作用，如果不是排流期間，就無(wú)法起到保護(hù)作用。這樣就需要強(qiáng)制排流的方法，利用恒定的整流器產(chǎn)生電流，從而達(dá)到需要保護(hù)的作用。

2陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 陰極保護(hù)準(zhǔn)則研究

陰極保護(hù)準(zhǔn)則是陰極保護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)于陰極保護(hù)設(shè)計(jì)及運(yùn)行起著指導(dǎo)性作用。由于現(xiàn)有準(zhǔn)則不能完全滿足成品油管道生產(chǎn)運(yùn)行的需要，因此，應(yīng)開(kāi)展相關(guān)基礎(chǔ)研究，建立完善的陰極保護(hù)準(zhǔn)則。首先，根據(jù)我國(guó)成品油管道的特點(diǎn)，通過(guò)理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究，建立高溫運(yùn)行管道陰極保護(hù)準(zhǔn)則，指導(dǎo)高溫段管道陰極保護(hù)設(shè)計(jì)與運(yùn)行。其次，隨著管道所受直流干擾越來(lái)越嚴(yán)重，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究或引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的方法，建立動(dòng)態(tài)直流干擾下管道的陰極保護(hù)準(zhǔn)則，指導(dǎo)直流干擾情況下管道的運(yùn)行。另外，隨著管道所受交流干擾越來(lái)越普遍，對(duì)管道交流干擾腐蝕機(jī)理開(kāi)展基礎(chǔ)科學(xué)研究，建立交流干擾下管道的陰極保護(hù)準(zhǔn)則，以保障油氣管道在長(zhǎng)期交流干擾下安全有效運(yùn)行。

2.2 陰極保護(hù)數(shù)值模擬技術(shù)

根據(jù)目前成品油管道陰極保護(hù)計(jì)算的情況來(lái)看，數(shù)據(jù)模擬技術(shù)在該領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，在未來(lái)勢(shì)必會(huì)推動(dòng)陰極保護(hù)工作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模擬化。通過(guò)采用數(shù)據(jù)模擬技術(shù)，能夠有效提高成品油管道陰極保護(hù)數(shù)值的精準(zhǔn)度，提高模擬數(shù)據(jù)的仿真性，進(jìn)一步完善油氣管道極化曲線數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?yàn)橛蜌夤艿赖谋Ｗo(hù)工作帶來(lái)可靠的參考依據(jù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)模擬技術(shù)表現(xiàn)出了更加廣闊的發(fā)展空間，有助于對(duì)成品油管道陰極保護(hù)工作進(jìn)行合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。技術(shù)人員能夠采用這項(xiàng)技術(shù)有效設(shè)置陰極保護(hù)電位的分布情況，解決測(cè)量中存在的問(wèn)題，更好的對(duì)成品油管道進(jìn)行保護(hù)。

2.3 提升陰極保護(hù)與防腐層兩者的兼容性

防腐層與陰極保護(hù)系統(tǒng)共同組成管道腐蝕控制系統(tǒng)，兩者相互影響。陰極保護(hù)系統(tǒng)為防腐層漏點(diǎn)處管道提供保護(hù)。宏觀上，防腐層電阻率會(huì)影響陰極保護(hù)電流密度;微觀上，陰極保護(hù)電流密度決定了陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)能力。防腐層電阻率與陰極保護(hù)電流密度成反比，陰極保護(hù)電流密度與其保護(hù)能力成正比。因此，防腐層電阻率會(huì)影響到陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)能力。所以，需要考慮防腐層物理性能對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流的影響，即防腐層與陰極保護(hù)的兼容性。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，陰極保護(hù)作為一種非常重要的管道防腐技術(shù)，在管道腐蝕控制方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著成品油管道事業(yè)的飛速發(fā)展，管道面臨的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，相關(guān)企業(yè)需要加強(qiáng)陰極保護(hù)技術(shù)的相關(guān)研究，不斷提高成品油管道陰極保護(hù)技術(shù)水平，保障成品油管道安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：王虎成（1988-），男，甘肅定西人，油氣管道保護(hù)高級(jí)工，從事管道保護(hù)管理工作。